Delta ASD-A2-2023-L — ASDA-A2 Serie 2,0 kW AC-Servomotor & Antriebskit, 3000 U/min / 6,37 N·m, 100 mm Rahmen

Geschwindigkeit, wo sie zählt

Nicht jede 2-kW-Servoachse benötigt maximales Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Einige Anwendungen erfordern etwas anderes — hohe Taktfrequenzen, schnelle Beschleunigung, kurze Einschwingzeiten und einen Motor, der kompakt genug ist, um dort zu passen, wo ein 130-mm-Rahmen einfach nicht hinkommt. Das Delta ASD-A2-2023-L Kit ist auf diese Anforderung zugeschnitten. Es kombiniert den ECMA-C11020RS Servomotor mit geringer Trägheit und 100-mm-Rahmen — Nennleistung 3.000 U/min und 6,37 N·m — mit dem voll ausgestatteten ASD-A2-2023-L Antrieb und passenden Kabeln, was ein System ergibt, das für Hochgeschwindigkeits-, dynamische Anwendungen optimiert ist und nicht für hohes Dauer-Drehmoment.

Der 100-mm-Rahmen bietet einen bedeutenden Größen Vorteil bei Maschinen mit engen Einbaumaßen — Rundachsen an kleinen CNC-Bearbeitungszentren, Roboterarme an kompakten SCARA-Systemen und Vorschubachsen an Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschinen, wo der Motor zwischen Strukturbauteilen passen muss, die ein größerer Rahmen behindern würde. Mit 6,2 kg ohne Bremse ist der ECMA-C11020RS auch leicht genug, dass seine Masse nicht wesentlich zur Trägheit von Gelenkarmstrukturen beiträgt.

Was ist im Kit enthalten

• 1 × ECMA-C11020RS — 2,0 kW AC-Servomotor mit geringer Trägheit, 100 mm Rahmen, 3.000 U/min
• 1 × ASD-A2-2023-L — passender 2,0 kW ASDA-A2 Servoantrieb, 220 V 3-Phasen-Eingang
• 1 × Encoderkabel — 3 m, Motor zu Antrieb CN2-Anschluss
• 1 × Stromkabel — 3 m, Motor zu Antrieb U/V/W-Ausgangsklemmen

Der Motor, der Antrieb und die Kabel sind aufeinander abgestimmt und werden als verifiziertes System geliefert. Der CN1-Steuerungsstecker wird vom Benutzer bereitgestellt und während der Installation mit der Host-SPS oder dem Bewegungsregler verdrahtet.

Technische Spezifikationen Motor — ECMA-C11020RS

Technische Spezifikationen Antrieb — ASD-A2-2023-L

Geringe Trägheit, hohe Geschwindigkeit: Der Vorteil der ECMA-C-Serie

Der ECMA-C11020RS gehört zur Motorenfamilie mit geringer Trägheit von Delta, und diese Klassifizierung hat direkte Auswirkungen auf die Leistung der Achse unter dynamischen Bedingungen.

Die Rotor-Trägheit von 4,45 × 10² kg·m² ist deutlich geringer als bei Motoren mittlerer Trägheit mit gleicher Leistung. Dies ist vor allem beim Beschleunigen und Abbremsen wichtig — ein leichterer Rotor beschleunigt bei gegebenem Drehmoment schneller und bremst beim Bremsen schneller ab. Die Leistungsrate von 90,6 kW/s quantifiziert diese dynamische Fähigkeit: Sie gibt an, mit welcher Geschwindigkeit der Motor kinetische Energie im Rotor aufbauen kann, und höhere Werte deuten auf eine bessere Reaktionsfähigkeit auf schnelle Drehzahländerungen hin. In Kombination mit der Drehzahl-Regelkreis-Bandbreite von 1 kHz des ASDA-A2-Antriebs und einer Einschwingzeit von unter 1 ms ergibt sich ein System, das die Sollposition schnell erreicht und sauber ohne langes Schwingen stoppt.

Die maximale Drehzahl von 5.000 U/min — weit über der Nenndrehzahl von 3.000 U/min — bietet Spielraum für die Übernahme von Überschwingern bei schneller Beschleunigung und ermöglicht den Betrieb der Achse über die Basisdrehzahl hinaus in Anwendungen, bei denen ein Betrieb mit konstanter Leistung bei reduziertem Drehmoment akzeptabel ist. Für eine Maschine, die mit 3.000 U/min kontinuierlich läuft und während des Drehzahlüberschwingens kurzzeitig auf 4.500 U/min ansteigt, ist dieser Spielraum der Unterschied zwischen sauberer Profilverfolgung und einer Überdrehzahl-Störung.

Die Nenndrehzahl von 3.000 U/min bedeutet auch, dass dieser Motor sein volles 6,37 N·m bei einer höheren linearen Geschwindigkeit erzeugt als Motoren gleicher Leistung, die mit 2.000 U/min laufen. An einer Maschine mit einer Kugelumlaufspindel mit 5 mm Steigung entsprechen 3.000 U/min einer linearen Verfahrgeschwindigkeit von 250 mm/s — schnell genug für die meisten Zerspanungs- und Positionieranwendungen, ohne dass eine Untersetzung erforderlich ist.

20-Bit-Encoder: 1.280.000 Zählungen pro Umdrehung als Standard

Jeder Motor der ECMA-C-Serie wird mit einem 20-Bit-Inkremental-Encoder — 1.280.000 Impulse pro Motorumdrehung — geliefert, nicht als Premium-Option, sondern als Standardkonfiguration für die gesamte ASDA-A2-Motorenfamilie.

Die Auswirkungen dieser Auflösung zeigen sich unterschiedlich am oberen und unteren Ende des Drehzahlbereichs. Bei hoher Geschwindigkeit bedeutet die hohe Impulsdichte des Encoders, dass der Drehzahl-Rückkopplungskreis des Antriebs ein sehr feinkörniges Geschwindigkeitssignal erhält, was eine gleichmäßige Motorrotation ohne Drehmomentschwankungen erzeugt. Bei niedriger Geschwindigkeit — wo jeder gröbere Encoder ein Geschwindigkeitsquantisierungsrauschen erzeugen würde, das den Motor zum Ruckeln und Jagen bringt — bietet der 20-Bit-Encoder genügend Auflösung für eine stabile, gleichmäßige Rotation auch bei Kriechgeschwindigkeiten.

Für Positionieranwendungen an Maschinen mit Kugelumlaufspindeln mit 5 mm Steigung ergeben 1.280.000 Encoder-Zählungen pro Umdrehung geteilt durch 5 mm Steigung eine theoretische Soll-Auflösung von 3,9 Nanometern. In der Praxis begrenzt die mechanische Nachgiebigkeit die erreichbare Genauigkeit lange bevor der Encoder zum limitierenden Faktor wird — was genau die richtige Designpriorität ist. Das Rückkopplungssystem ist nie der limitierende Faktor.

ASDA-A2 Antrieb: Eine Plattform, nicht nur ein Antrieb

Der ASD-A2-2023-L ist der Standard-Varianten-Antrieb der ASDA-A2-Plattform. Das Verständnis dessen, was diese Plattform beinhaltet, erklärt, warum viele Maschinenbauer die A2-Serie auch für Anwendungen wählen, die nicht sofort ihren vollen Funktionsumfang benötigen.

Position Register (PR) Modus speichert bis zu 64 Bewegungsprofile intern im Antrieb — Zielpositionen, Fahrgeschwindigkeiten, Beschleunigungsrampen, Verweilzeiten und Übergangs-Trigger. Eine vollständige Mehrpositions-Indexiersequenz kann vom internen Programm des Antriebs als Reaktion auf einfache digitale Eingangstrigger ausgeführt werden, ohne dass die Host-SPS Positionsbefehle ausgeben muss. Für Maschinen, die eine feste Reihe von Bewegungen ausführen, entlastet der PR-Modus die Bewegungssteuerung vollständig auf den Antrieb. Die ASDA-Soft-Konfigurationssoftware ermöglicht die grafische Programmierung dieser Profile, und Bewegungsprofile können während des Betriebs sofort geändert werden.

Elektronisches Nockenprofil (E-CAM) synchronisiert den Motor des Antriebs mit einem externen Master-Encoder unter Verwendung einer benutzerdefinierten Nockentabelle mit bis zu 720 Datenpunkten. Der Antrieb liest kontinuierlich die Position des Master-Encoders und bewegt den Motor entsprechend der Nockentabelle zur entsprechenden Folgerposition — wodurch eine synchronisierte Bewegung erreicht wird, die nichtlinearen Beziehungen zwischen Master und Follower ohne einen Hochgeschwindigkeits-Bewegungsregler in der externen SPS folgt. Flying Shear, Rotationsabschneider und synchronisierte Förderband-zu-Arm-Transfers sind die kanonischen E-CAM-Anwendungen, aber jede Bewegung, die erfordert, dass eine Achse einer anderen in einem definierten, aber nichtlinearen Verhältnis folgt, profitiert von dieser Fähigkeit.

Auto-Notch-Filter zielt auf mechanische Resonanzen ab — die Schwingfrequenzen der Struktur, die zu Achseninstabilität führen, wenn die Servoschleifenverstärkung erhöht wird. Der Antrieb identifiziert die Resonanzfrequenz, indem er die Reaktion des Motors während des normalen Betriebs analysiert, und platziert automatisch einen Notch-Filter bei dieser Frequenz im Drehmoment-Befehlspfad, wodurch die Resonanz ohne manuelle Oszilloskoparbeit unterdrückt wird. Zwei unabhängige Schwingungsunterdrückungsfilter adressieren niederfrequente Schwingungen am Arbeitsende der Maschine — die Art von Restschwingungen, die zu Einschwingverzögerungen nach einer schnellen Bewegung führen.

Erfassungs- und Vergleichsfunktionen bieten Hochgeschwindigkeits-Puls-I/O für Anwendungen, die eine ereignisgesteuerte Positionserfassung oder Ausgangsauslösung an einer definierten Position erfordern. Diese sind unerlässlich für Geräte, die an positionsbezogenen Stellen auf einem sich bewegenden Werkstück markieren, schneiden, bohren oder dosieren müssen — Etikettiergeräte, rotierende Bohrspindeln und positions synchronisierte Ausgabegeräte.

Gantry-Steuerung koordiniert zwei mechanisch gekoppelte Achsen — eine gängige Konfiguration bei Breitformat-CNC-Fräsen, Brücken-Bearbeitungszentren und Großformat-Plottern, bei denen ein einzelner Träger von zwei Motoren angetrieben wird, einer an jedem Ende. Die Gantry-Funktion kompensiert in Echtzeit Positionsabweichungen zwischen den beiden Achsen und verhindert, dass der Träger unter asymmetrischer Last schief wird.

Kommunikation: Vier Wege zum Antrieb

Der ASD-A2-2023-L ermöglicht die Integration auf verschiedenen Netzwerkebenen über seine vier Kommunikationsschnittstellen.

RS-232 ist die direkte PC-Verbindung für Inbetriebnahme und Parametrierung mit der ASDA-Soft-Software von Delta. Die Software bietet einen vollständigen Parameter-Editor, Echtzeit-Oszilloskop-Überwachung von Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmoment-Wellenformen, JOG-Betrieb und eine Teach-In-Funktion zum Erfassen von Positionen durch manuelle Motorbewegung.

RS-485 ermöglicht Multi-Drop-Netzwerke — mehrere ASD-A2-Antriebe teilen sich einen einzigen RS-485-Bus, der mit einer Host-SPS oder HMI verbunden ist. Jeder Antrieb hat eine zugewiesene Stationsadresse. Für Multi-Achsen-Panels mit vier oder mehr Servoachsen reduziert die RS-485-Bus-Verkabelung die Anzahl der Kabel im Vergleich zu einzelnen seriellen Leitungen erheblich.

CANopen implementiert den CiA 402 Motion-Profile-Standard, wodurch der Antrieb ein standardkonformer CANopen-Slave ist, der mit jedem CiA 402 Master kompatibel ist. Die Betriebsmodi Profilposition, Geschwindigkeit und Drehmoment sind über standardisierte CANopen-Objekte zugänglich. Maschinenbauer, deren SPS-Plattformen CANopen-Bewegungssteuerung unterstützen — Beckhoff, Kollmorgen, B&R und andere — können den ASD-A2 in ihre bestehende Steuerungsarchitektur integrieren, ohne benutzerdefinierte Kommunikationsprogrammierung.

USB ermöglicht die direkte PC-Verbindung ohne RS-232/485-Adapter unter Verwendung derselben ASDA-Soft-Software. Für die Erstinrichtung auf einer Werkbank ist USB die bequemste Verbindung.

Abgedichtet und geschützt: IP65 am Motor

Der ECMA-C11020RS verfügt über die Schutzart IP65 — vollständig staubdicht (IP6X) und geschützt gegen direkte Wasserstrahlen aus jeder Richtung (IPX5). Der Wellendichtring am Wellenaustritt erweitert diesen Schutz auf den kritischen Spalt zwischen der rotierenden Welle und dem Motorgehäuse und blockiert Kühlmittelnebel, Schneidölaerosole und Partikel, die in den Lagerraum eindringen könnten.

Für einen 100-mm-Motor, der in einer Werkzeugmaschine oder einem Verpackungssystem installiert ist, ist IP65 der Basisschutz, der für eine angemessene Lebensdauer erforderlich ist. Ohne abgedichtete Lager und einen Wellendichtring ist die Kühlmittelkontamination in einer CNC-Umgebung eine Frage des Wann, nicht des Ob. Der ECMA-C11020RS adressiert dies mit dem Wellendichtring, der standardmäßig bei der RS-Endung enthalten ist — es ist keine Sonderbestellung.

Die 22-mm-Passfedernutwelle mit Gewindebohrungen sorgt für eine positive Kupplungsverbindung in beiden Drehmomentrichtungen und verhindert axiales Wellenwandern. Bei Achsen mit Umkehrbetrieb, die mehrmals pro Minute die Richtung ändern, ist eine Sicherungsschraube, die gegen die Wellenstirnfläche drückt, eine zuverlässige Methode, um die Kupplung an Ort und Stelle zu halten, ohne sich nur auf die Presspassung zu verlassen.

Wo dieses Kit typischerweise eingesetzt wird

Die Nenndrehzahl von 3.000 U/min und der kompakte 100-mm-Rahmen machen das ASD-A2-2023-L Kit zu einer natürlichen Wahl für:

CNC-Bearbeitungszentren und Graviermaschinen — Vorschubachsen an kleinen vertikalen Bearbeitungszentren, Tischfräsen und Laserschneidsystemen, bei denen der Motor in das strukturelle Gehäuse der Maschine passen muss und gleichzeitig eine konsistente dynamische Reaktion über den gesamten Verfahrbereich liefern muss.

Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschinen — Karton-Indexierer, Form-Fill-Seal-Linienantriebe und Produkttransportmechanismen, bei denen die Taktfrequenz die primäre Leistungsmetrik ist und der Motor seinen Positionierungshub innerhalb eines engen Zeitfensters sauber abschließen muss.

Robotik und Handhabungssysteme — SCARA-Roboterarmantriebe, kartesische Portalachsen und Pick-and-Place-Armantriebe, bei denen die 100-mm-Rahmengröße die Integration des Motors in die Roboterstruktur ermöglicht, anstatt ihn extern zu montieren.

Halbleiter- und Elektronikmontage — Die-Bonder, Chip-Montagesysteme und Leiterplatten-Platzierungsgeräte, die eine schnelle, präzise, wiederholbare Positionierung von leichten Werkzeugen benötigen.

Druck und Weiterverarbeitung — Registerregelungsachsen, Bahnführungsantriebe und Schlitz-/Aufwickelpositionierungsachsen, bei denen die Kombination aus Geschwindigkeit und der E-CAM-Synchronisationsfähigkeit die Abhängigkeit von komplexer externer Bewegungssteuerung reduziert.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist das spezifische Motormodell, das mit dem ASD-A2-2023-L in diesem 3000 U/min / 6,37 N·m Kit kombiniert wird, und ist es ein anderes Motor als die 2000 U/min / 9,55 N·m Variante?

Der Motor in diesem 3.000 U/min Kit ist der ECMA-C11020RS — ein 100-mm-Rahmen, geringe Trägheit, 2,0 kW Motor. Es ist ein grundlegend anderer Motor als der ECMA-E11320RS, der im 2.000 U/min / 9,55 N·m Kit verwendet wird. Die beiden Motoren haben die gleiche Nennleistung (2,0 kW), unterscheiden sich aber in der Rahmen-Größe (100 mm vs. 130 mm), der Trägheitsklasse (gering vs. mittel-hoch), der Nenndrehzahl (3.000 U/min vs. 2.000 U/min) und dem Nenndrehmoment (6,37 N·m vs. 9,55 N·m). Die Beziehung zwischen Drehmoment und Drehzahl wird durch die grundlegende Leistungsformel bestimmt: Leistung gleich Drehmoment multipliziert mit Winkelgeschwindigkeit. Beide Motoren liefern 2 kW, aber der 3.000 U/min Motor erreicht diese Leistung durch höhere Drehzahl und geringeres Drehmoment, während der 2.000 U/min Motor niedrigere Drehzahl und höheres Drehmoment nutzt. Die Wahl zwischen ihnen hängt vom mechanischen Übersetzungsverhältnis, den Lastcharakteristiken und den physikalischen Einbaubedingungen der spezifischen Maschinenachse ab.

F2: Das Antriebsmodell ist ASD-A2-2023-L. Was bedeuten die verschiedenen Suffix-Buchstaben bei ASD-A2-2023-Antrieben, und beeinflusst das Suffix, welcher Motor mit dem Antrieb kombiniert werden kann?

Der numerische Teil des Antriebsmodells — 2023 — gibt die Nennleistungsklasse des Antriebs (200 = 2,0 kW) und die Spannungsklasse (3 = 3-Phasen 220 V) an. Das Buchstabensuffix gibt die Kommunikationsvariante an:

• -L — Standardvariante mit RS-232 / RS-485 / USB (dieses Kit)
• -M — Fügt DMCNET Hochgeschwindigkeits-Netzwerkkommunikation hinzu
• -E — EtherCAT-Kommunikationsschnittstelle
• -F — Vollfunktionsvariante mit EtherCAT und voller Closed-Loop-Unterstützung über CN5

Das Suffix ändert nicht die elektrischen Spezifikationen des Antriebs, den Nennstrom oder die Liste der kompatiblen Motoren. Alle ASD-A2-2023-Varianten sind mit denselben 2,0 kW 220 V ECMA-Serienmotoren kompatibel, einschließlich des ECMA-C11020RS. Die Wahl des Suffix wird davon bestimmt, welches Kommunikationsprotokoll der Host-Controller der Maschine verwendet. Für Maschinen, die von einer SPS mit RS-485 oder einem Standard-CANopen-Master gesteuert werden, ist die -L-Variante voll funktionsfähig. Wenn der Bewegungsregler der Maschine über EtherCAT kommuniziert, ist die -E-Variante erforderlich.

F3: Welche zusätzlichen Komponenten werden über das Kit hinaus benötigt, um die Servoachse voll funktionsfähig zu machen?

Das Kit liefert Motor, Antrieb und Verbindungskabel. Eine vollständige Schaltschrankinstallation erfordert zusätzlich eine 3-phasige 200–230 V AC Stromversorgung mit einem entsprechend dimensionierten Schutzschalter (das ASDA-A2 Handbuch spezifiziert einen 20A Schutzschalter für das 2,0 kW Modell), eine 24 V DC Steuerspannungsversorgung für den Steuerkreis des Antriebs und einen CN1-Verkabelungsbaum, der die I/Os der Host-SPS mit den digitalen Ein- und Ausgängen des Antriebs verbindet. Für Achsen mit hoher Trägheit oder häufiger schneller Verzögerung absorbiert ein regeneratives Bremswiderstand, der an die Klemmen B1/B2 des Antriebs angeschlossen ist, die Energie, die während der Motorbremsung in den DC-Bus zurückgespeist wird. Der Antrieb verfügt über einen internen Regenerationswiderstand, aber Anwendungen mit hoher Trägheit oder kurzen Verzögerungszeiten können dessen Kapazität überschreiten — dies sollte während der Systemauslegung anhand des Einschaltdauerverhältnisses bewertet werden. Ein Störschutzfilter an der Eingangsversorgung wird ebenfalls für die EMV-Konformität in Installationen empfohlen, bei denen leitungsgebundene Emissionen andere Geräte an derselben Versorgung beeinträchtigen könnten.

F4: Der Motor im Kit hat keine Haltebremse. Welche Anwendungen erfordern die Variante mit Bremse, und welches Motormodell sollte stattdessen spezifiziert werden?

Der Standard-ECMA-C11020RS ist die Variante ohne Bremse, mit Wellendichtring und Passfedernut, gekennzeichnet durch das RS-Suffix. Eine Haltebremse ist für jede Achse erforderlich, bei der die Schwerkraft die Last bewegen könnte, wenn der Servoantrieb stromlos ist — vertikale Z-Achsen an Bearbeitungszentren, angehobene Portalträger und jede Mechanik, die während normaler Betriebspausen in einer angehobenen Position gehalten wird. Die Bremse hält die Motorwelle stationär, wenn 24 V DC entfernt werden (stromlose Bremskonstruktion), und verhindert ein unkontrolliertes Absinken der Achse bei Not-Aus oder Stromausfall. Das Bremsen-äquivalente Modell des ECMA-C11020RS behält die gleiche Rahmen-Größe, den gleichen Wellendurchmesser, die gleiche elektrische Wicklung und die gleichen Encoder-Spezifikationen bei, fügt aber etwa 0,5 kg zum Motorgewicht hinzu und erhöht die Rotor-Trägheit auf 4,95 × 10² kg·m². Entscheidend ist, dass die Haltebremse nur zum Halten einer stationären Welle ausgelegt ist — sie ist keine Betriebsbremse und darf nicht zum Abbremsen eines rotierenden Motors verwendet werden, da dies die Bremsbeläge schnell abnutzt und zu einem vorzeitigen Ausfall führt.

F5: Wie funktioniert der Position Register (PR) Modus des ASD-A2-2023-L, und ist er für eine Maschine ohne High-End-Bewegungsregler praktikabel?

Der PR-Modus speichert bis zu 64 Bewegungsprofile direkt im internen Speicher des Antriebs. Jedes Profil gibt eine Zielposition, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungszeit, Verzögerungszeit, Verweilzeit und die Triggerbedingung für den nächsten Schritt an. Eine einfache SPS — selbst eine ohne dedizierte Bewegungssteuerungsbefehle — kann eine vollständige Positionierungssequenz auslösen, indem sie einen einzigen digitalen Ausgang umschaltet, der mit dem CN1-Eingang des Antriebs verbunden ist. Der Antrieb führt das vollständige Profil autonom aus: beschleunigt, fährt zur Position, bremst ab, schwingt ein und signalisiert die Fertigstellung über einen digitalen Ausgang zurück an die SPS. Die ASDA-Soft-Software ermöglicht die grafische Programmierung von Profilen auf einem PC, die dann auf den Antrieb heruntergeladen und dauerhaft gespeichert werden. Für Maschinen, die eine definierte Reihe von Bewegungen wiederholen — ein Rundschalttisch, der feste Stationen durchläuft, eine Materialzuführachse, die feste Abstände zurücklegt, oder ein mehrstufiger Einbaumechanismus — ist der PR-Modus als primäre Bewegungssteuerungsarchitektur voll praktikabel, wobei die SPS die Workflow-Logik (Teil vorhanden, Zyklus abgeschlossen, Fehlerbehandlung) verwaltet, anstatt Echtzeit-Positionsbefehle auszugeben.

Das Delta ASD-A2-2023-L Kit kombiniert den ECMA-C11020RS 100-mm-Servomotor mit geringer Trägheit mit dem ASDA-A2 2,0 kW Antrieb und 3 m langen passenden Kabeln. Die angegebenen Drehmomentwerte sind kontinuierlich zulässige Werte bei einer Umgebungstemperatur von 0–40°C mit geeigneter Kühlung gemäß den Installationsrichtlinien von Delta. Lassen Sie immer die Entladezeit des DC-Zwischenkreises (mindestens 10 Minuten nach dem Ausschalten) ab, bevor Sie an der Verdrahtung oder den Anschlüssen des Antriebs arbeiten.